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主要討論PWM比較器的Simulink模型

冬至子 ? 來源:Speedgoat實時仿真系統 ? 作者:上海熠速 ? 2023-06-27 15:34 ? 次閱讀

PWM 比較器的功能

還是以本系列文章中,用到的三相兩電平逆變器為控制對象。下圖是正弦波調制(SPWM)的三相兩電平逆變器的波形。

輸入的是三相的正弦波信號,三角載波與正弦信號波進行比較,當正弦信號波的值大于三角載波的值,輸出“1”,否則,就輸出“0”;PWM比較器一共生成6個PWM信號,控制6個IGBT的開通和關斷。PWM比較器輸出“1”控制IGBT開通,“0”信號IGBT關斷。控制逆變器輸出的三相相電壓和三相線電壓如下圖所示。

對于三相兩電平逆變器,為了防止上下橋臂同時導通而短路,PWM比較器還需要插入死區時間。

此外,為了讓電流、速度和位置采樣與PWM占空比的更新同步,以及控制器算法模型的觸發運行,必須還有中斷觸發信號生成功能。

因此整個PWM比較器包括四部分:

(1) 三角載波生成;

(2) 信號比較,生成PWM控制信號;

(3) 插入死區時間;

(4) 中斷觸發信號生成;

圖片

正弦波調制(SPWM)的三相兩電平逆變器的波形

三角載波生成

因為三角載波生成的模型是在FPGA中運行的,因此數據類型需要整型。

最方便的方法就是使用Simulink的HDL Coder模型庫中的HDL Counter模塊。通過控制輸入端口dir控制HDL Counter模塊的計數方向。

圖片

HDL Counter模塊

示例模型如下:

圖片

三角載波生成的Simulink模型

仿真步長為1e-8,Relay 模塊的Switch on point為10000,Switch off point為0,輸出“0”或者“1” 控制HDL Counter模塊的計數方向,生成0~10000的三角波,頻率為5kHz。

圖片

三角載波信號

PWM 信號生成

三角載波與信號波進行比較,當信號波的值大于三角載波的值,輸出“1”,否則,就輸出“0”;PWM比較器一共生成6個PWM信號,控制6個IGBT的開通和關斷。

此功能的Simulink模型如下:

圖片

PWM信號生成的Simulink模型

死區時間

通常死區時間的插入通過增加PWM信號的開通延時實現的。

簡單說就是:如果PWM信號由“1”變“0”,即由開通變為關斷,則馬上關斷;如果PWM信號由“0”變“1”,即由關斷變為開通,則延時T_delay再開通;此功能的Simulink模型如下,C_delay端口為輸開通延時計數值。

圖片

死區時間的Simulink模型

中斷觸發信號生成

此功能比較簡單,Simulink模型如下圖所示,在三角波的底點和頂點都產生中斷,如果只在底點或者只在頂點,可以根據需要修改即可。

圖片

中斷觸發信號生成的Simulink模型

以上模型皆可以通過Simulink的HDL Coder工具生成HDL代碼,部署至Speedgoat的FPGA板卡。

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